Solubility of Ethene in Water and in a Medium for the Cultivation of a Bacterial Strain

The solubility of ethene in water and in the fermentation medium of Xanthobacter Py(2) was determined with a Ben-Naim-Baer type apparatus. The solubility measurements were carried out in the temperature range of (293.15 to 323.15) K and at atmospheric pressure with a precision of about +/- 0.3 %. The Ostwald coefficients, the mole fractions of the dissolved ethene, at the gas partial pressure of 101.325 kPa, and the Henry coefficients, at the water vapor pressure, were calculated using accurate thermodynamic relations. A comparison between the solubility of ethene in water and in the cultivation medium has shown that this gas is about 2.4 % more soluble in pure water. On the other hand, from the solubility temperature dependence, the Gibbs energy, enthalpy, and entropy changes for the process of transferring the solute from the gaseous phase to the liquid solutions were also determined. Moreover, the perturbed-chain statistical associating fluid theory equation of state (PC-SAFT EOS) model was used for the prediction of the solubility of ethene in water. New parameters, k(ij), are proposed for this system, and it was found that using a ky temperature-dependent PC-SAFT EOS describes more accurately the behavior solubilities of ethene in water at 101.325 kPa, improving the deviations to 1 %.

Vaccination protocol and bacterial strain affect the serological response of beef calves against blackleg

The serological response of beef calves was evaluated with different vaccination regimens against blackleg, using an official strain (MT) and a field-collected strain of Clostridium chauvoei as antigens. Sixty calves were randomly allocated to four different groups and were submitted to distinct vaccination protocols with a commercial polyvalent vaccine. Group G1 was first vaccinated at four months of age and a booster shot was given after weaning, at eight months. Group G2 was given the first dose at eight months and a booster shot 30 days later. Group G3 was vaccinated only once at eight months and the control group was not vaccinated. These alternative vaccination regimens were proposed in an effort to adequately protect cattle under open-field farming conditions. Serological evaluations were made by Elisa at 4, 8, 9 and 10 months of age. Both groups receiving booster shots had a significantly increased serological response 30 days later. However, the serum IgG levels against C. chauvoei were significantly higher in the calves that were first vaccinated at four months. At 10 months, the two booster shot groups (G1 and G2) had similar serological responses, while the calves that were treated with a single dose of vaccine at weaning (G3) had a response that was similar to that of the control group. The serological response of the calves was significantly inferior at several of the evaluation times when the field strain of the bacteria was used as a challenge antigen instead of the official MT strain. The serological response of calves that are vaccinated twice was found to be satisfactory, independent of the first injection being made at four or eight months of age. It was also concluded that it would be useful to include local bacterial strains in commercial vaccine production.

Vaccination protocol and bacterial strain affect the serological response of beef calves against blackleg

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Wolbachia pipientis: bacterial density and unidirectional cytoplasmic incompatibility between infected populations of Aedes albopictus

Unidirectional cytoplasmic incompatibility is seen when certain Wolbachia-infected insect populations are crossed. Two hypotheses might explain this phenomenon: superinfections with mutually incompatible strains of Wolbachia producing incompatibility when crossed to individuals infected with only a single bacterial strain or, alternatively, a bacterial dosage model, with differences in Wolbachia densities responsible for the incompatibility. A quantitative PCR assay was set up as a general method to compare Wolbachia densities between populations. Using this assay in unidirectionally incompatible stocks of the mosquito Aedes albopictus, we have determined that densities are significantly higher in Houston than in the Mauritius and Koh Samui stocks. This is consistent with a dosage model for the observed crossing patterns, but does not rule out the possibility that superinfection is the primary cause of the incompatibility.

Enhanced production and organic solvent stability of a protease fromBrevibacillus laterosporus strain PAP04

A bacterial strain (PAP04) isolated from cattle farm soil was shown to produce an extracellular, solvent-stable protease. Sequence analysis using 16S rRNA showed that this strain was highly homologous (99%) to Brevibacillus laterosporus. Growth conditions that optimize protease production in this strain were determined as maltose (carbon source), skim milk (nitrogen source), pH 7.0, 40°C temperature, and 48 h incubation. Overall, conditions were optimized to yield a 5.91-fold higher production of protease compared to standard conditions. Furthermore, the stability of the enzyme in organic solvents was assessed by incubation for 2 weeks in solutions containing 50% concentration of various organic solvents. The enzyme retained activity in all tested solvents except ethanol; however, the protease activity was stimulated in benzene (74%) followed by acetone (63%) and chloroform (54.8%). In addition, the plate assay and zymography results also confirmed the stability of the PAP04 protease in various organic solvents. The organic solvent stability of this protease at high (50%) concentrations of solvents makes it an alternative catalyst for peptide synthesis in non-aqueous media.

Keratinase production by new strain of Bacillus Amyloliquefaciens: Application of statistical experimental design for optimization of keratinase production

Feathers are rich in amino acids and can be employed as a dietary protein supplement for animal feed. Microbial degradation is an alternative technology for improving the nutritional value of feathers. Other potential applications of keratinase include use in the leather industry, detergents and medicine as well as the pharmaceutical for the treatment of acne, psoriasis and calluses. A new keratinolytic enzyme production bacterium was isolated from a poultry processing plant. To improve keratinase yield, statistically based experimental designs were applied to optimize three significant variables: temperature, substrate concentration (feathers) and agitation speed. Response surface methodology demonstrated an increase in keratinolytic activity at temperature, agitation speed and substrate concentration of 26.6°C, 150 rpm and 2%, respectively. Liquid chromatography revealed the release of amino acids in the Bacillus amyloliquefaciens culture broth, thereby demonstrating the potential of feather meal in the animal feed industry. © Global Science Publications.

Rough virulent strain of Brucella ovis induces pro- and anti-inflammatory cytokines in reproductive tissues in experimentally infected rams

The ovine brucellosis caused by Brucella ovis has tropism for reproductive tissues but until now the mechanism of bacterial persistence is not understood. Cytokine expression profiles were studied for 8 months in rams after being experimentally infected with the rough virulent strain of B. ovis (R- B. ovis) to study the pathogenesis of B. ovis and immune mechanism possibly associated to bacteria tropism and persistence. The messenger RNA (mRNA) expression levels of interleukin-1α (IL-1α), IL-1β, IL-6, IL-10, IL-12, interferon-γ (INF-γ) and tumour necrosis factor-α (TNF-α) cytokines were quantified by real-time quantitative RT-PCR (qRT-PCR) in reproductive tissues (epididymus, testicles, ampolae, vesicular glands and bulbourethral glands), and non-reproductive (liver, spleen and kidneys) tissues at 30, 60, 120 and 240 days post infection (dpi). During the acute phase of infection at 30. dpi, the host immune response was most notable demonstrating an up-regulation of several cytokines in reproductive tissues, including the epididymus (IL-6, IL-1β and IL-1α), testicles (INF-γ and IL-12), bulbourethral glands (IL-6 and TNF-α) and ampolae (INF-γ, IL-10, IL-1β and IL-1α). During the development of infection, cytokine gene expression levels decreased, providing evidence of immunosuppression and evidence of immune evasion that favoured persistence of chronic R- B. ovis infection. During the chronic phase of R- B. ovis infection (120 and 240. dpi), cytokine production was down-regulated in the epididymus (IL-1β and IL-1α), testicles (INF-γ and IL-12), and ampolae (INF-γ, IL-10, IL-1β and IL-1α), with the exception of the bulbourethral glands (IL-6 and TNF-α) and epididymus (IL-6); in these tissues, R- B. ovis infection resulted in up-regulation of the pro-inflammatory cytokine IL-6. Herein, we report cytokine expression profiles in tissues of rams experimentally infected with the rough strain of B. ovis, which are associated with bacterial persistence and macrophage activation. © 2012 Elsevier B.V.

Effect of culture medium on biocalcification by Pseudomonas Putida, Lysinibacillus Sphaericus and Bacillus Subtilis

The objective of this study is to investigate the efficiency of calcium carbonate bioprecipitation by Lysinibacillus sphaericus, Bacillus subtilis and Pseudomonas putida, obtained from the Coleção de Culturas do Instituto Nacional de Controle de Qualidade em Saúde (INCQS), as a first step in determining their potential to protect building materials against water uptake. Two culture media were studied: modified B4 containing calcium acetate and 295 with calcium chloride. Calcium consumption in the two media after incubation with and without the bacterial inoculum was determined by atomic absorption analysis. Modified B4 gave the best results and in this medium Pseudomonas putida INQCS 113 produced the highest calcium carbonate precipitation, followed by Lysinibacillus sphaericus INQCS 414; the lowest precipitation was produced by Bacillus subtilis INQCS 328. In this culture medium XRD analysis showed that Pseudomonas putida and Bacillus subtilis precipitated calcite and vaterite polymorphs while Lysinibacillus sphaericus produced only vaterite. The shape and size of the crystals were affected by culture medium, bacterial strain and culture conditions, static or shaken. In conclusion, of the three strains Pseudomonas putida INQCS 113 in modified B4 medium gave the best results precipitating 96% of the calcium, this strain thus has good potential for use on building materials.

Increased CLA content in organic milk fermented by bifidobacteria or yoghurt cultures

This study investigates the kinetics of acidification, fatty acid (FA) profile and conjugated linoleic acid (CLA, C18:2 c9, t11) content in fermented milks prepared from organic and conventional milk. Fermented milks were manufactured with five mixed cultures: four different strains of Bifidobacterium animalis subsp. lactis (BL04, B94, BB12 and HN019) and Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus LB340, in co-culture with Streptococcus thermophilus TA040. The composition of milk was evaluated, and the kinetics of acidification was followed by continuous pH measurement using the Cinac system. The profile of FA, including CLA, was analyzed by gas chromatography. The chemical composition of conventional and organic milk was similar, with the exception of protein and Fe, the concentrations of which were higher in the organic milk. The rate of acidification was significantly influenced by the type of milk and the bacterial strain used. Co-cultures St-HN019 and St-BB12 showed higher maximal acidification rates in both milks. Final counts of S. thermophilus (9.0-10.1 log(10) colony forming units (CFU) . mL(-1), L)actobacillus bulgaricus (8.2-8.5 log(10) CFU . mL(-1)) and B. animalis subsp. lactis strains (8.3-9.3 log(10) CFU . mL(-1)) did not differ significantly in either milk. Unexpectedly, all fermented organic milks contained significantly higher amounts of CLA than the same milk before fermentation, whereas CLA amounts did not change during fermentation of conventional milk. Regardless of the type of milk, CLA was found to be significantly positively correlated with trans-vaccenic acid and negatively correlated with linoleic acid. Moreover, the CLA contents were significantly higher in fermented milks showing shorter fermentation times.

Wolbachia infections and the expression of cytoplasmic incompatibility in Drosophila sechellia and D. mauritiana

Various stocks of Drosophila mauritiana and D. sechellia were found to be infected with Wolbachia, a Rickettsia-like bacterium that is known to cause cytoplasmic incompatibility and other reproductive abnormalities in arthropods. Testing for the expression of cytoplasmic incompatibility in these two species showed partial incompatibility in D. sechellia but no expression of incompatibility in D. mauritiana. To determine whether absence of cytoplasmic incompatibility in D. mauritiana was due to either the bacterial or host genome, we transferred bacteria from D. mauritiana into an uninfected strain of D. simulans, a host species known to express high levels of incompatibility with endogenous Wolbachia. We also performed the reciprocal transfer of the natural D. simulans Riverside infection into a tetracycline-treated stock of D. mauritiana. In each case, the ability to express incompatibility was unaltered by the different host genetic background. These experiments indicate that in D. simulans and D. mauritiana expression of the cytoplasmic incompatibility phenotype is determined by the bacterial strain and that D. mauritiana harbors a neutral strain of Wolbachia.

Wolbachia-mediated sperm modification is dependent on the host genotype in Drosophila

Estimates of Wolbachia density in the eggs, testes and whole flies of drosophilid hosts have been unable to predict the lack of cytoplasmic incompatibility (CI) expression in so-called mod(-) variants. Consequently, the working hypothesis has been that CI expression, although related to Wolbachia density, is also governed by unknown factors that are influenced by both host and bacterial genomes. Here, we compare the behaviour of the mod(-) over-replicating Wolbachia popcorn strain in its native Drosophila melanogaster host to the same strain transinfected into a novel host, namely Drosophila simulans. We report that (i) the popcorn strain is a close relative of other D. melanogaster infections, (ii) the mod(-) status of popcorn in D. melanogaster appears to result from its inability to colonize sperm bundles, (iii) popcorn is present in the bundles in D. simulans and induces strong CI expression, which demonstrates that the bacterial strain does not lack the genetic machinery for inducing CI and that there is host-species-specific control over Wolbachia tissue tropism, and (iv) infection of sperm bundles by the mod(-) D. simulans wCof strain indicates that there are several independent routes by which a strain can be a CI non-expressor.

A spongin-boring alpha-proteobacterium is the etiological agent of disease in the Great Barrier Reef sponge Rhopaloeides odorabile

High levels of mortality in the Mediterranean bath sponge industry have raised concerns for the future of sponge farms. Healthy sponges feed predominantly on bacteria, and many harbour a wide diversity of inter- and extra-cellular symbiotic bacteria. Here we describe the first isolation and description of a pathogenic bacterium from an infected marine sponge. Microbiological examination of tissue necrosis in the Great Barrier Reef sponge Rhopaloeides odorabile resulted in isolation of the bacterial strain NW4327. Sponges infected with strain NW4327 exhibited high levels of external tissue necrosis, and the strain was re-isolated from infected sponges. A single morphotype, which had burrowed through the collagenous spongin fibres causing severe necrosis, was observed microscopically. Strain NW4327 was capable of degrading commercial preparations of azo-collagen, providing further evidence of its involvement in spongin fibre necrosis, Strain NW4327 disrupted the microbial community associated with R. odorabile and was able to infect and kill healthy sponge tissue. 16S rRNA sequence analysis revealed that strain NW4327 is a novel member of the alpha-proteobacteria.

Quantification of Listeria spp. contamination on shell and flesh of cooked black tiger prawns (Penaeus monodon)

Aims: To quantify Listeria levels on the shell and flesh of artificially contaminated cooked prawns after peeling, and determine the efficacy of Listeria innocua as a model for L. monocytogenes in this system. Methods and Results: A L. monocytogenes and L. innocua strain were inoculated separately onto cooked black tiger prawns using two protocols ( immersion or swabbing with incubation). Prawns were peeled by two methods ( gloved hand or scalpel and forceps) and numbers of Listeria on shells, flesh and whole prawn controls were determined. Prawns were exposed to crystal violet dye to assess the penetration of liquids. Regardless of preparation method or bacterial strain there were ca 1log(10) CFU more Listeria per shell than per peeled prawn. Dye was able to penetrate to the flesh in all cases. Conclusions: Shell-on prawns may be only slightly safer than shell-off prawns. Listeria innocua is an acceptable model for L. monocytogenes in this system. Significance and Impact of the Study: Reduced risk from L. monocytogenes on prawns can only be assured by adequate hygiene or heating.

Modeling and optimization of extracellular polysaccharides production by Enterobacter A47

Polysaccharides are gaining increasing attention as potential environmental friendly and sustainable building blocks in many fields of the (bio)chemical industry. The microbial production of polysaccharides is envisioned as a promising path, since higher biomass growth rates are possible and therefore higher productivities may be achieved compared to vegetable or animal polysaccharides sources. This Ph.D. thesis focuses on the modeling and optimization of a particular microbial polysaccharide, namely the production of extracellular polysaccharides (EPS) by the bacterial strain Enterobacter A47. Enterobacter A47 was found to be a metabolically versatile organism in terms of its adaptability to complex media, notably capable of achieving high growth rates in media containing glycerol byproduct from the biodiesel industry. However, the industrial implementation of this production process is still hampered due to a largely unoptimized process. Kinetic rates from the bioreactor operation are heavily dependent on operational parameters such as temperature, pH, stirring and aeration rate. The increase of culture broth viscosity is a common feature of this culture and has a major impact on the overall performance. This fact complicates the mathematical modeling of the process, limiting the possibility to understand, control and optimize productivity. In order to tackle this difficulty, data-driven mathematical methodologies such as Artificial Neural Networks can be employed to incorporate additional process data to complement the known mathematical description of the fermentation kinetics. In this Ph.D. thesis, we have adopted such an hybrid modeling framework that enabled the incorporation of temperature, pH and viscosity effects on the fermentation kinetics in order to improve the dynamical modeling and optimization of the process. A model-based optimization method was implemented that enabled to design bioreactor optimal control strategies in the sense of EPS productivity maximization. It is also critical to understand EPS synthesis at the level of the bacterial metabolism, since the production of EPS is a tightly regulated process. Methods of pathway analysis provide a means to unravel the fundamental pathways and their controls in bioprocesses. In the present Ph.D. thesis, a novel methodology called Principal Elementary Mode Analysis (PEMA) was developed and implemented that enabled to identify which cellular fluxes are activated under different conditions of temperature and pH. It is shown that differences in these two parameters affect the chemical composition of EPS, hence they are critical for the regulation of the product synthesis. In future studies, the knowledge provided by PEMA could foster the development of metabolically meaningful control strategies that target the EPS sugar content and oder product quality parameters.

On the use of reporter bacteria for measuring availability of organic contaminants

Natural environments are constantly challenged by the release of hydrophobic organic contaminants, which represent a threat for both the ecosystem and human health. Despite a substantial degradation by naturally occurring micro-organisms, a non negligible fraction of these pollutants tend to persist in soil and sediments due to their reduced accessibility to microbial degraders. This lack of 'bioavailability' is acknowledged as a key parameter for the natural and stimulated clean-up (bioremediation) of contaminated sites. We developed a bacterial bioreporter that responds to the presence of polyaromatic hydrocarbons (PAHs) by the production of the green fluorescent protein (GFP), based on the PAH-degrading bacterium Burkholderia sartisoli. We showed in this study that the bacterial biosensor B. sartisoli strain RP037 was faithfully reporting the degradation of naphthalene and phenanthrene (two PAHs of low molecular weight) via the production of GFP. What is more, the magnitude of GFP induction was influenced by change in the PAH flux triggered by a variety of physico-chemical parameters, such as the contact surface between the pollutant and the aqueous suspension. Further experiments permitted to test the influence of dissolved organic matter, which is an important component of natural habitats and can interact with organic pollutants. In addition, we tested the influence of two types of biosurfactants (tensio-active agents produced by living organisms) on phenanthrene's degradation by RP037. Interestingly, the surfactant's effects on the biodegradation rate appeared to depend on the type of biosurfactant and probably on the type of bacterial strain. Finally, we tagged B. sartisoli strain RP037 with a constitutively expressed mCherry fluorescent protein. The presence of mCherry allowed us to visualize the bacteria in complex samples even when GFP production was not induced. The new strain RP037-mChe embedded in a gel patch was used to detect PAH fluxes from a point source, such as a non-aqueous liquid or particles of contaminated soil. In parallel, we also developed and tested a so-called multiwell bacterial biosensor platform, which permitted the simultaneous use of four different reporter strains for the detection of major crude oil components (e.g., saturated hydrocarbons, mono- and polyaromatics) in aqueous samples. We specifically constructed the strain B. sartisoli RP007 (pPROBE-phn-luxAB) for the detection of naphthalene and phenanthrene. It was equipped with a reporter plasmid similar to the one in strain RP037, except that the gfp gene was replaced by the genes luxAB, which encoded the bacterial luciferase. The strain was implemented in the biosensor platform and detected an equivalent naphthalene concentration in oil spilled-sea water. We also cloned the gene for the transcriptional activator AlkS and the operator/promoter region of the operon alkSB1GHJ from the alkane-degrader bacterium Alcanivorax borkumensis strain SK2 in order to construct a new bacterial biosensor with higher sensitivity towards long-chain alkanes. However, the resulting strain showed no increased light emission in presence of tetradecane (C14), while it still efficiently reported low concentrations of octane (C8). RÉSUMÉ : Les écosystèmes naturels sont constamment exposés à nombre de contaminants organiques hydrophobes (COHs) d'origine industrielle, agricole ou même naturelle. Les COHs menacent à la fois l'environnement, le bien-être des espèces animales et végétales et la santé humaine, mais ils peuvent être dégradés par des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons, qui peuvent être capables des les transformer en produits inoffensifs comme le gaz carbonique et l'eau. La biodégradation des COHs est cependant fréquemment limitée par leur pauvre disponibilité envers les organismes qui les dégradent. Ainsi, bien que la biodégradation opère partiellement, les COHs persistent dans l'environnement à de faibles concentrations qui potentiellement peuvent encore causer des effets toxiques chroniques. Puisque la plupart des COHs peuvent être métabolisés par l'activité microbienne, leur persistance a généralement pour origine des contraintes physico-chimiques plutôt que biologiques. Par exemple, leur solubilité dans l'eau très limitée réduit leur prise par des consommateurs potentiels. De plus, l'adsorption à la matière organique et la séquestration dans les micropores du sol participent à réduire leur disponibilité envers les microbes. Les processus de biodisponibilité, c'est-à-dire les processus qui gouvernent la dissolution et la prise de polluants par les organismes vivants, sont généralement perçus comme des paramètres clés pour la dépollution (bioremédiation) naturelle et stimulée des sites contaminés. Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont un modèle de COH produits par les activités aussi bien humaines que naturelles, et listés comme des contaminants chroniques de l'air, des sols et des sédiments. Ils peuvent être dégradés par un vaste nombre d'espèces bactériennes mais leur taux de biodégradation est souvent limité par les contraintes mentionnées ci-dessus. Afin de comprendre les processus de biodisponibilité pour les cellules bactériennes, nous avons décidé d'utiliser les bactéries elles-mêmes pour détecter et rapporter les flux de COH. Ceci a été réalisé par l'application d'une stratégie de conception visant à produire des bactéries `biocapteurs-rapporteurs', qui littéralement s'allument lorsqu'elles détectent un composé cible pour lequel elles ont été conçues. En premier lieu, nous nous sommes concentrés sur Burkholderia sartisoli (souche RP007), une bactérie isolée du sol et consommatrice de HAP .Cette souche a servi de base à la construction d'un circuit génétique permettant la formation de la protéine autofluorescente GFP dès que les cellules détectent le naphtalène ou le phénanthrène, deux HAP de faible masse moléculaire. En effet, nous avons pu montrer que la bactérie obtenue, la souche RP037 de B. sartisoli, produit une fluorescence GFP grandissante lors d'une exposition en culture liquide à du phénanthrène sous forme cristalline (0.5 mg par ml de milieu de culture). Nous avons découvert que pour une induction optimale il était nécessaire de fournir aux cellules une source additionnelle de carbone sous la forme d'acétate, ou sinon seul un nombre limité de cellules deviennent induites. Malgré cela, le phénanthrène a induit une réponse très hétérogène au sein de la population de cellules, avec quelques cellules pauvrement induites tandis que d'autres l'étaient très fortement. La raison de cette hétérogénéité extrême, même dans des cultures liquides mélangées, reste pour le moment incertaine. Plus important, nous avons pu montrer que l'amplitude de l'induction de GFP dépendait de paramètres physiques affectant le flux de phénanthrène aux cellules, tels que : la surface de contact entre le phénanthrène solide et la phase aqueuse ; l'ajout de surfactant ; le scellement de phénanthrène à l'intérieur de billes de polymères (Model Polymer Release System) ; la dissolution du phénanthrène dans un fluide gras immiscible à l'eau. Nous en avons conclu que la souche RP037 détecte convenablement des flux de phénantrène et nous avons proposé une relation entre le transfert de masse de phénanthrène et la production de GFP. Nous avons par la suite utilisé la souche afin d'examiner l'effet de plusieurs paramètres chimiques connus dans la littérature pour influencer la biodisponibilité des HAP. Premièrement, les acides humiques. Quelques rapports font état que la disponibilité des HAP pourrait être augmentée par la présence de matière organique dissoute. Nous avons mesuré l'induction de GFP comme fonction de l'exposition des cellules RP037 au phénanthrène ou au naphtalène en présence ou absence d'acides humiques dans la culture. Nous avons testé des concentrations d'acides humiques de 0.1 et 10 mg/L, tandis que le phénanthrène était ajouté via l'heptamethylnonane (HMN), un liquide non aqueux, ce qui au préalable avait produit le plus haut flux constant de phénanthrène aux cellules. De plus, nous avons utilisé des tests en phase gazeuse avec des concentrations d'acides humiques de 0.1, 10 et 1000 mg/L mais avec du naphtalène. Contrairement à ce que décrit la littérature, nos résultats ont indiqué que dans ces conditions l'expression de GFP en fonction de l'exposition au phénanthrène dans des cultures en croissance de la souche RP037 n'était pas modifiée par la présence d'acides humiques. D'un autre côté, le test en phase gazeuse avec du naphtalène a montré que 1000 mg/L d'acides humiques abaissent légèrement mais significativement la production de GFP dans les cellules de RP037. Nous avons conclu qu'il n'y a pas d'effet général des acides humiques sur la disponibilité des HAP pour les bactéries. Par la suite, nous nous sommes demandé si des biosurfactants modifieraient la disponibilité du phénanthrène pour les bactéries. Les surfactants sont souvent décrits dans la littérature comme des moyens d'accroître la biodisponibilité des COHs. Les surfactants sont des agents tensio-actifs qui augmentent la solubilité apparente de COH en les dissolvant à l'intérieur de micelles. Nous avons ainsi testé si des biosurfactants (des surfactants produits par des organismes vivants) peuvent être utilisé pour augmenter la biodisponibilité du phénanthrène pour la souche B. sartisoli RP037. Premièrement, nous avons tenté d'obtenir des biosurfactants produits par une autre bactérie vivant en co-culture avec les biocapteurs bactériens. Deuxièmement, nous avons utilisé des biosurfactants purifiés. La co-cultivation en présence de la bactérie productrice de lipopeptide Pseudomonas putida souche PCL1445 a augmenté l'expression de GFP induite par le phénanthrène chez B. sartisoli en comparaison des cultures simples, mais cet effet n'était pas significativement différent lorsque la souche RP037 était co-cultivée avec un mutant de P. putida ne produisant pas de lipopeptides. L'ajout de lipopeptides partiellement purifiés dans la culture de RP037 a résulté en une réduction de la tension de surface, mais n'a pas provoqué de changement dans l'expression de GFP. D'un autre côté, l'ajout d'une solution commerciale de rhamnolipides (un autre type de biosurfactants produits par Pseudomonas spp.) a facilité la dégradation du phénanthrène par la souche RP037 et induit une expression de GFP élevée dans une plus grande proportion de cellules. Nous avons ainsi conclu que les effets des biosurfactants sont mesurables à l'aide de la souche biocapteur, mais que ceux-ci sont dépendants du type de surfactant utilisé conjointement avec le phénanthrène. La question suivante que nous avons abordée était si les tests utilisant des biocapteurs peuvent être améliorés de manière à ce que les flux de HAP provenant de matériel contaminé soient détectés. Les tests en milieu liquide avec des échantillons de sol ne fournissant pas de mesures, et sachant que les concentrations de HAP dans l'eau sont en général extrêmement basses, nous avons conçu des tests de diffusion dans lesquels nous pouvons étudier l'induction par les HAPs en fonction de la distance aux cellules. Le biocapteur bactérien B. sartisoli souche RP037 a été marqué avec une seconde protéine fluorescente (mCherry), qui est constitutivement exprimée dans les cellules et leur confère une fluorescence rouge/rose. La souche résultante RP037-mChe témoigne d'une fluorescence rouge constitutive mais n'induit la fluorescence verte qu'en présence de naphtalène ou de phénanthrène. La présence d'un marqueur fluorescent constitutif nous permet de visualiser les biocapteurs bactériens plus facilement parmi des particules de sol. Un test de diffusion a été conçu en préparant un gel fait d'une suspension de cellules mélangées à 0.5 % d'agarose. Des bandes de gel de dimensions 0.5 x 2 cm x 1 mm ont été montées dans des chambres d'incubation et exposées à des sources de HAP (soit dissouts dans du HMN ou en tant que matériel solide, puis appliqués à une extrémité de la bande). En utilisant ce montage expérimental, le naphtalène ou le phénanthrène (dissouts dans du HMN à une concentration de 2.5 µg/µl) ont induit un gradient d'intensité de fluorescence GFP après 24 heures d'incubation, tandis que la fluorescence mCherry demeurait comparable. Un sol contaminé par des HAPs (provenant d'un ancien site de production de gaz) a induit la production de GFP à un niveau comparable à celui du naphtalène. Des biocapteurs bactériens individuels ont également détecté un flux de phénanthrène dans un gel contenant des particules de sol amendées avec 1 et 10 mg/g de phénanthrène. Ceci a montré que le test de diffusion peut être utilisé pour mesurer des flux de HAP provenant de matériel contaminé. D'un autre côté, la sensibilité est encore très basse pour plusieurs sols contaminés, et l'autofluorescence de certains échantillons rend difficile l'identification de la réponse de la GFP chez les cellules. Pour terminer, un des points majeurs de ce travail a été la production et la validation d'une plateforme multi-puits de biocapteurs bactériens, qui a permis l'emploi simultané de plusieurs souches différentes de biocapteurs pour la détection des constituants principaux du pétrole. Pour cela nous avons choisi les alcanes linéaires, les composés mono-aromatiques, les biphényls et les composés poly-aromatiques. De plus, nous avons utilisé un capteur pour la génotoxicité afin de détecter la `toxicité globale' dans des échantillons aqueux. Plusieurs efforts d'ingénierie ont été investis de manière à compléter ce set. En premier lieu, chaque souche a été équipée avec soit gfp, soit luxAB en tant que signal rapporteur. Deuxièmement, puisqu'aucune souche de biocapteur n'était disponible pour les HAP ou pour les alcanes à longues chaînes, nous avons spécifiquement construit deux nouveaux biocapteurs. L'un d'eux est également basé sur B. sartisoli RP007, que nous avons équipé avec le plasmide pPROBE-phn-luxAB pour la détection du naphtalène et du phénanthrène mais avec production de luciférase bactérienne. Un autre est un nouveau biocapteur bactérien pour les alcanes. Bien que nous possédions une souche Escherichia coli DHS α (pGEc74, pJAMA7) détectant les alcanes courts de manière satisfaisante, la présence des alcanes à longues chaînes n'était pas rapportée efficacement. Nous avons cloné le gène de l'activateur transcriptionnel A1kS ainsi que la région opérateur/promoteur de l'opéron alkSB1GHJ chez la bactérie dégradant les alcanes Alcanivorax borkumensis souche SK2, afin de construire un nouveau biocapteur bactérien bénéficiant d'une sensibilité accrue envers les alcanes à longues chaînes. Cependant, la souche résultante E. coli DHSα (pAlk3} n'a pas montré d'émission de lumière augmentée en présence de tétradécane (C14), tandis qu'elle rapportait toujours efficacement de basses concentrations d'octane (C8). De manière surprenante, l'utilisation de A. borkumensis en tant que souche hôte pour le nouveau plasmide rapporteur basé sur la GFP a totalement supprimé la sensibilité pour l'octane, tandis que la détection de tétradécane n'était pas accrue. Cet aspect devra être résolu dans de futurs travaux. Pour calibrer la plateforme de biocapteurs, nous avons simulé une fuite de pétrole en mer dans une bouteille en verre ouverte de 5L contenant 2L d'eau de mer contaminée avec 20 ml (1%) de pétrole brut. La phase aqueuse a été échantillonée à intervalles réguliers après la fuite durant une période allant jusqu'à une semaine tandis que les principaux contaminants pétroliers étaient mesurés via les biocapteurs. L'émission de bioluminescence a été mesurée de manière à déterminer la réponse des biocapteurs et une calibration intégrée faite avec des inducteurs types a servi à calculer des concentrations d'équivalents inducteurs dans l'échantillon. E. coli a été utilisée en tant que souche hôte pour la plupart des spécificités des biocapteurs, à l'exception de la détection du naphtalène et du phénanthrène pour lesquels nous avons utilisé B. sartisoli. Cette souche, cependant, peut être employée plus ou moins selon la même procédure. Il est intéressant de noter que le pétrole répandu a produit une apparition séquentielle de composés dissouts dans la phase aqueuse, ceux-ci .étant détectables par les biocapteurs. Ce profil contenait d'abord les alcanes à courtes chaînes et les BTEX (c'est-à dire benzène, toluène, éthylbenzène et xylènes), apparaissant entre des minutes et des heures après que le pétrole a été versé. Leurs concentrations aqueuses ont par la suite fortement décru dans l'eau échantillonnée après 24 heures, à cause de la volatilisation ou de la biodégradation. Après quelques jours d'incubation, ces composés sont devenus indétectables. Les HAPs, en revanche, sont apparus plus tard que les alcanes et les BTEX, et leur concentration a augmenté de pair avec un temps d'incubation prolongé. Aucun signal significatif n'a été mis en évidence avec le biocapteur pour le biphényl ou pour la génotoxicité. Ceci démontre l'utilité de ces biocapteurs, spécifiquement pour la détection des composés pétroliers, comprenant les alcanes à courtes chaînes, les BTEX et les HAPs légers.